Evaluation of sweet sorghum for productivity, sugar content and yield in stem juice, and bioethanol output

Svetlana S. Kukoleva; Куколева Светлана Сергеевна; Oksana P. Kibalnik; Кибальник Оксана Павловна; Dmitriy S. Semin; Семин Дмитрий Сергеевич; Irina G. Efremova; Ефремова Ирина Григорьевна; Denis A. Stepanchenko; Степанченко Денис Александрович

doi:10.22363/2312-797X-2026-21-1-84-95

Evaluation of sweet sorghum for productivity, sugar content and yield in stem juice, and bioethanol output

Authors: Kukoleva S.S.¹, Kibalnik O.P.¹, Semin D.S.¹, Efremova I.G.¹, Stepanchenko D.A.¹
Affiliations:
1. Russian Rеsearch and Design Institutе of sоrghum and cоrn
Issue: Vol 21, No 1 (2026)
Pages: 84-95
Section: Genetics and plant breeding
URL: https://agrojournal.rudn.ru/agronomy/article/view/20310
DOI: https://doi.org/10.22363/2312-797X-2026-21-1-84-95
EDN: https://elibrary.ru/FSWTPR
ID: 20310

Cite item

Full Text

Abstract
Full Text
About the authors
References
Supplementary files
Statistics

Abstract

Sweet sorghum plants accumulate up to 20% or more water-soluble sugars in stem sap, making it a potential sugar crop for producing sugar products, syrups, molasses, and bioethanol, thereby expanding its technological and economic potential. During 2021–2023, comparative studies of 28 promising lines and standard cultivars of sweet sorghum were conducted at the experimental field of Russian Rеsearch and Design Institutе of sоrghum and cоrn in Saratov. The plots were established, and the yield of sweet sorghum accessions was assessed according to the state methodology for variety testing of agricultural crops. It was concluded that accessions with high yield of stems and content of water-soluble sugars should be selected to form a working collection of sweet sorghum. The highest yields were found in the breeding lines L‑104/14, L‑16, L‑10, L‑6. According to the research results for 2021–2023, the highest theoretical sugar yield was established in the lines: L‑10 — 2.01 t/ga, L‑16 — 2.31 t/ga, L‑104/14 — 2.54 t/ga, L‑6 — 2.63 t/ga, which exceeds the value of Flagman cultivar, a more sugary standard, by 52,3–99,2%. The calculated alcohol yield per hectare of these lines was: L‑10 — 1027.1 L/ga, L‑16 — 1180.4 L/ga, L‑104/14 — 1297.9 L/ga, L‑6 — 1343.9 L/ga. These breeding lines exceeded the standard by 52.3 to 99.2%.

Keywords

breeding line, water-soluble sugar content, estimated alcohol yield, juice yield

Full Text

Введение

Уникальная по засухоустойчивости сельскохозяйственная культура — сахарное сорго — широко известна в мировом растениеводстве и используется в производстве зеленых кормов, сена, силоса, сенажа, фуража, монокорма, брикетов [1, 2]. Сахарное сорго формирует в богарных условиях урожайность биомассы до 25,0…30,0 т/га, характеризующейся высокой энергетической и питательной ценностью [3].

Высокая сахаристость (17…22 %) стеблей сахарного сорго способствует расширению технологического и экономического потенциала культуры. Содержание сахаров в соке стеблей — важный показатель, позволяющий использовать эту культуру не только для приготовления силоса, но и для получения сиропов и спирта, что актуально, когда разрабатываются безотходные технологии производства и переработки сорго в кормовую патоку с целью получения сиропа для пищевой промышленности на основе создания высокосахаристых и урожайных сортов и гибридов сорго в различных почвенно-климатических зонах [4–8]. Пищевой глюкозо-фруктозный сироп, получаемый из сорго, представляет собой ценный продукт питания, который хорошо усваивается организмом человека. Особенно важным он может быть для людей, страдающих сахарным диабетом, поскольку является оздоровительным продуктом [7]. Сравнивая сорговый сироп с сахаросодержащими продуктами, получаемыми из сахарной свеклы и тростника, можно отметить, что он не уступает им по питательности. Однако, выращивание сорго имеет ряд преимуществ, таких как экономическая эффективность и стабильность в условиях засухи. Это делает сорговый сироп привлекательным вариантом для производства и потребления (рис. 1).

Рис. 1. Сахаросодержащая продукция из сока сахарного сорго — кормовая патока и сорговый сироп
Источник: составлено О.П. Кибальник, Д.С. Семиным.
Fig. 1. Sugar-containing products from sweet sorghum juice — fodder molasses and sorghum syrup
Source: compiled by O.P. Kibalnik, D.S. Semin.

Исследования крымских селекционеров Л.Л. Болдыревой и В.В. Бритвина свидетельствуют о новых перспективных формах использования сорго сахарного для производства сахарного сиропа, за счет которых значительно может уменьшить дефицит сахара в засушливых регионах РФ [9]. При этом выход спирта зависел от гидротермических условий вегетации сахарного сорго. Согласно литературным данным в опытах отмечена разница выхода биоэтанола по годам, достигающая двукратного изменения показателей [10].

Во многих странах мира сорго выращивается в промышленных масштабах для производства биоэтанола, который смешивается с ископаемым топливом [11, 12]. Агропромышленный комплекс Российской Федерации также развивает производство биоэтанола из сахарного сорго [13–16]. Для эффективного промышленного получения биоэтанола требуются высокоурожайные сорта и гибриды сахарного сорго, характеризующиеся повышенной концентрацией сахаров в стеблевом соке [17]. Следовательно, селекционная работа, направленная на создание новых сортов и гибридов сахарного сорго с заданными агрономическими и биологическими свойствами, приобретает особую актуальность. Данный подход позволит обеспечить сырьем различные отрасли агропромышленного комплекса.

Цель исследований — сравнительная оценка перспективных линий сахарного сорго собственной селекции для выведения наиболее продуктивных образцов с высоким содержанием сахаров в соке стеблей сортов и гибридов, обеспечивающих максимальный выход сахаров и биоэтанола с единицы площади.

Материалы и методы исследования

Объектами исследований служили 21 селекционная линия питомника предварительного сортоизучения сахарного сорго и 8 линий питомника конкурсного сортоизучения.

Исследования проводились в течение 2021–2023 гг. на опытном поле института ФГБНУ РосНИИСК «Россорго». Агротехника выращивания — зональная, разработанная научными учреждениями Нижнего Поволжья. Закладка делянок и оценка урожайности образцов сорго проведена согласно методике государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур ^[1]. Посев образцов сахарного сорго проводили во второй декаде мая сеялкой СКС‑6–10 (селекционная кассетная сеялка). Площадь делянок в питомниках составила: конкурсного сортоиспытания — 30,8 м², предварительного — 15,4 м². Повторность трехкратная, густота стояния растений скорректирована вручную — 100…150 тыс. раст./га. В качестве стандартов использованы районированные сорта Волжское 51 и Флагман. На опытном поле проведена оценка содержания водорастворимых сахаров в соке стебля экспресс-методом с помощью рефрактометра RL‑2. Полевые и лабораторные эксперименты проводили по методике Б.А. Доспехова ^[2]. Обработка экспериментальных данных выполнена методом дисперсионного анализа с помощью программ Агрос 2.09 и Microsoft Excel. В годы исследований величина гидротермического коэффициента (ГТК) составила: 2021 г. — 0,62; 2022 г. — 0,75; 2023 г. — 0,69.

Результаты исследования и обсуждение

Проведена сравнительная оценка селекционных линий сахарного сорго в питомниках конкурсного (рис. 2) и предварительного сортоизучения (рис. 3) в период 2021–2023 гг. по содержанию суммы водорастворимых сахаров в соке стебля.

Испытанные в течение 2021–2023 гг. линии сахарного сорго питомника конкурсного сортоизучения в среднем показали значительное варьирование содержания сахаров в соке стеблей: от 11,1 % у сорта-стандарта Волжское 51 до 15,7 % у линии Л‑44/13. Среди перспективных линий сахарного сорго наибольшей концентрацией в соке стеблей отличились: Л‑66/13 — 14,4, Л‑52/13 — 15,0, Л‑44/13 — 15,7, Л‑42 — 15,4, Л‑39/12 — 14,0 % сахаров (рис. 2).

В питомнике предварительного сортоизучения в среднем за 2021–2023 гг. содержание водорастворимых сахаров в соке стеблей линий сахарного сорго варьировало в пределах 8,4 (Л‑65/17)…17,9 (Л‑104/14) %. По величине показателя наибольшее существенное превышение, %, обоих стандартов выявлено у селекционных линий: Л‑16 (17,6), Л‑104/14 (17,9), Л‑6 (16,8), Л‑10 (17,1), на уровне стандартов выявлено содержание сахаров в соке стеблей у линий Л‑62/17, Л‑7, Л‑87, Л‑3/14, Л‑5-1, Л‑9/2, Л‑28, Л‑34, Л‑35, Л‑187, Л‑75, Л‑105/14 (12,2…15,2 %). Следует отметить, что высокое количество сахаров ежегодно наблюдалось у Л‑104/14 и Л‑16.

Изучение широкой вариабельности признаков позволило провести определенную выбраковку образцов и по итогам трехлетних наблюдений сформировать рабочую коллекцию образцов, характеризующихся наибольшими показателями сбора сахаров и выхода спирта с единицы площади, превышающих сорта-стандарты (табл.).

Результаты исследования 28 селекционных линий сахарного сорго показали, что для формирования рабочей коллекции образцов с высокой продуктивностью по сбору сахаров и выходу биоспирта следует выбирать формы с высокой урожайностью стеблей и повышенным содержанием водорастворимых сахаров в соке. Выделены 16 линий сахарного сорго, отличающиеся существенным превышением показателей по сравнению со стандартами. Теоретический сбор сахаров с гектара посевной площади у стандарта Волжское 51 составил 1,22 т/га, а выход биоэтанола — 623,4 л, у стандарта сорта Флагман — 1,32 т/га и 674,5 л соответственно. Селекционные линии рабочей коллекции характеризовались значительным превышением обоих стандартов высоким сбором сахаров и выходом биоспирта.

Результаты наших исследований показали, что в условиях Нижневолжского региона сбор сахаров у образцов рабочей коллекции сахарного сорго варьировал в пределах 1,46 (Л‑5-1)…2,63 т/га (Л‑6). Максимальный теоретический сбор сахаров составил 2,01…2,63 т/га у линий Л‑10, Л‑16, Л‑104/14 и Л‑6.

По расчетному выходу биоспирта колебания показателя составили: 746,1 (линия Л‑5-1)…1343,9 л/га (линия Л‑6). В среднем за 2021–2023 гг. наибольших показателей расчетного выхода спирта удалось достичь при возделывании селекционных линий Л‑104/14 — 1297,9, Л‑16 — 1180,4, Л‑10 — 1027,1, Л‑6 — 1343,9 л/га.

Рис. 2. Общее содержание водорастворимых сахаров в соке стеблей линий сахарного сорго собственной селекции (питомник конкурсного сортоизучения), %, среднее за 2021–2023 гг.
Источник: составлено С.С. Куколевой, И.Г. Ефремовой.

Fig. 2. Total cоntent of watеr-sоluble sugars in stem sap of self-bred sweet sorghum lines (nursery of competitive variety research), %, average for 2021–2023
Source: compiled by S.S. Kukoleva, I.G. Efremova.

Рис. 3. Общее содержание водорастворимых сахаров в соке стеблей сортов-стандартов и линий сахарного сорго собственной селекции (питомник предварительного сортоизучения), %, среднее за 2021–2023 гг.
Источник: составлено С.С. Куколевой, Д.А. Степанченко.

Fig. 3. Total content of water-soluble sugars in stem sap of standard varieties and lines of self-bred sweet sorghum (preliminary variety testing nursery), %, average for 2021–2023
Source: compiled by S.S. Kukoleva, D.A. Stepanchenko.

Теоретический сбор сахаров и выход биоэтанола с единицы площади посевов наиболее продуктивных образцов сахарного сорго, 2021–2023 гг.

Сорт, линия	Урожайность стеблей, т/га	Выход сока, т/га	Содержание сахаров в соке стебля, %	Теоретический сбор сахаров, т/га	Расчетный выход спирта, л/га
Волжское 51 (st)	16,37	10,97	11,1	1,22	623,4
Флагман (st)	15,87	10,32	12,8	1,32	674,5
Л‑39/12	19,27	12,72	14,0	1,78	909,6
Л‑42/13	18,08	11,75	15,4	1,81	924,9
Л‑44/13	16,17	11,00	15,7	1,73	884,0
Л‑52/13	18,14	12,34	15,0	1,85	945,4
Л‑80/12	20,17	13,92	13,3	1,85	945,4
Л‑104/14	20,55	14,18	17,9	2,54	1297,9
Л‑62/17	16,13	11,29	15,2	1,72	878,9
Л‑187	18,43	12,72	13,2	1,68	858,5
Л‑5–1	15,78	11,05	13,2	1,46	746,1
Л‑35	17,55	12,11	14,9	1,80	919,8
Л‑75	16,32	11,42	13,8	1,88	960,7
Л‑87/13	19,17	13,23	13,0	1,72	878,9
Л‑9/2	18,35	13,03	14,7	1,92	981,1
Л‑16	19,34	13,15	17,6	2,31	1180,4
Л‑10	16,54	11,74	17,1	2,01	1027,1
Л‑6	22,35	15,65	16,8	2,63	1343,9
НСР₀₅	2,09	1,43	1,33	0,21	101,4

Источник: составлено О.П. Кибальник, И.Г. Ефремовой, Д.С. Семиным.

Theoretical sugar harvest and bioethanol yield per area unit from most productive sugar sorghum genotypes, 2021–2023

Cultivar, line	Stem yield, t/ha	Juice yield, t/ha	Sugar content in stem juice, %	Theoretical sugar yield, t/ha	Calculated alcohol yield, L/ha
Volzhskoe 51 (st)	16.37	10.97	11.1	1.22	623.4
Flagman (st)	15.87	10.32	12.8	1.32	674.5
L‑39/12	19.27	12.72	14.0	1.78	909.6
L‑42/13	18.08	11.75	15.4	1.81	924.9
L‑44/13	16.17	11.00	15.7	1.73	884.0
L‑52/13	18.14	12.34	15.0	1.85	945.4
L‑80/12	20.17	13.92	13.3	1.85	945.4
L‑104/14	20.55	14.18	17.9	2.54	1297.9
L‑62/17	16.13	11.29	15.2	1.72	878.9
L‑187	18.43	12.72	13.2	1.68	858.5
L‑5–1	15.78	11.05	13.2	1.46	746.1
L‑35	17.55	12.11	14.9	1.80	919.8
L‑75	16.32	11.42	13.8	1.88	960.7
L‑87/13	19.17	13.23	13.0	1.72	878.9
L‑9/2	18.35	13.03	14.7	1.92	981.1
L‑16	19.34	13.15	17.6	2.31	1180.4
L‑10	16.54	11.74	17.1	2.01	1027.1
L‑6	22.35	15.65	16.8	2.63	1343.9
LSD₀₅	2.09	1.43	1.33	0.21	101.4

Source: compiled by O.P. Kibalnik, I.G. Efremova, D.S. Semin.

Заключение

Для формирования рабочей коллекции сахарного сорго с высоким расчетным выходом сахаров в соке стеблей и спирта с единицы площади посевов следует выбирать образцы с высокой урожайностью стеблей и высоким содержанием водорастворимых сахаров в соке стеблей. В наших исследованиях наибольшая величина сбора сахаров в условиях вегетации 2021–2023 гг. установлена у линий сахарного сорго Л‑10, Л‑16, Л‑104/14 и Л‑6 (2,01…2,63 т/га), которые отличились также высоким выходом биоспирта с гектара посевной площади — 1027,1…1343,9 л/га.

_{¹ Методика государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур. Вып. 2. Зерновые, крупяные, зернобобовые, кукуруза и кормовые культуры // Госагропром СССР. Государственная комиссия по сортоиспытанию сельскохозяйственных культур. М., 1989. 194 с.}

_{² Доспехов Б.А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований). М. : Колос, 2011. 352 с.}

About the authors

Svetlana S. Kukoleva

Russian Rеsearch and Design Institutе of sоrghum and cоrn

Author for correspondence.
Email: lily74-88@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-0582-9024
SPIN-code: 4594-6809

Сandidate of Agriculturаl Sciеnces, Senior Researcher, Department of Breeding and Primary Seed Production